Kunstlikud südame ventiilid

Moodsad, kliiniliseks kasutamiseks kättesaadavad, bioloogilised tehisest südameklapid, välja arvatud kopsu autotransplantaat, on eluvõimelised struktuurid, millel puuduvad kasvupotentsiaal ja kudede parandamine. See seab märkimisväärseid piiranguid nende kasutamisele, eriti lastel valvulaarse patoloogia korrigeerimisel. Viimaste 15 aasta jooksul on moodustatud koeprojekteerimine. Selle teadusliku suuna eesmärk on kunstlikes tingimustes luua selliseid struktuure nagu trombemüra resistentsed pinnad ja elujõulised interstitiumi sisaldavad kunstlikud südameklappid.

[1], [2],

Kuidas töötavad kunstlikud südameklapid?

Teaduslikud mõiste koetehnika põhineb ideel mahalangemisest kasvatamist elusrakkude (fibroblastid, tüvirakkude jne) Näide sünteetilised või looduslikud imenduvate skelett (maatriksi) moodustab kolmemõõtmelise klapiseade, samuti kasutatavaid signaale, mis reguleerivad geenide ekspressiooni, organisatsiooni ja tootlikkuse siirdatud rakud ekstratsellulaarse maatriksi moodustumise perioodil.

Sellised kunstlikud südameklapid integreeritakse patsiendi kudedesse selle struktuuri ja funktsiooni lõplikuks taastamiseks ja edasiseks hoolduseks. Seega esmasel maatriksist operatsiooni rakud (fibroblastid ja müofibroblastideks al.), Uus paneel kollagenoelastinovy või täpsemalt, rakuvälise maatriksi. Selle tulemusena optimaalset kunstlikud südameklapid poolt koetehnika tehnikat kohustuslike anatoomiliste struktuuri ja nende funktsiooni lähemale natiivse ja neil biomehaanilised kohanemisvõime, võime remont ja kasvu.

Kudede tehnoloogia arendab kunstlikke südameklappe, kasutades mitmesuguseid raku kogumise allikaid. Seega võib kasutada ksenogeenseid või allogeenseid rakke, kuigi esimesed seostatakse zoonootilise transpordi riskiga inimestele. Antigeensuse vähendamiseks ja organismi tagasilükkamise reaktsioonide vältimiseks on võimalik allogeensete rakkude geneetiline modifitseerimine. Kudede inseneriks on vaja usaldusväärset rakkude tootmise allikat. See allikas on autoloogsed rakud, mis võetakse patsiendilt otse ja ei anna immuunvastust reimplantatsiooni ajal. Tõhusad kunstlikud südameklapid toodetakse vereloojastel (arteritel ja veenidel) saadud autoloogsete rakkude põhjal. Puhtate rakukultuuride saamiseks on välja töötatud meetod, mis põhineb fluorestseeruva aktiveeritud rakkude sorteerimisel (FACS). Segatud rakupopulatsioon saadud veresoonde, on märgistatud atsetüülitud madala tihedusega lipoproteiini markerit, mis selektiivselt absorbeerub endoteelirakkude. Endoteelrakud Seejärel saab hõlpsasti eraldada peamine mass saadud rakkude laevad tuleb esitada seguga silelihasrakkude, müofibroblastideks ja fibroblastid. Rakkude allikas, olgu see siis arter või veen, mõjutavad lõpliku struktuuri omadusi. Seega kunstlikud südameklapid põhiaine venoosse rakud külvatakse, astmelt arteriaalse rakud külvati kollageenitekke ja mehaaniline stabiilsus, suurepärase disainiga. Perifeersete veenide valik tundub olevat mugavam raku kogumise allikas.

Myofibroblaste võib võtta ka unearteritest. Samal ajal erinevad nende anumatega saadud rakud oma looduslikest interstitsiaalsetest rakkudest. Alternatiivsete rakkude allikana võib kasutada autoloogseid nabanöörirakke.

Tüvirakkudel põhinevad tehislikud südame ventiilid

Koehituse arengut viimastel aastatel hõlbustab tüvirakkude uuringud. Sellel on eelised punase luuüdi tüvirakkude kasutamisel. Eelkõige võimaldab biomaterjalide proovide võtmine ja in vitro kasvatamine, mille hilisem diferentseerimine eri liiki mesenhümaalsete rakkude vahel, väldib terviklike anumate kasutamist. Tüvirakud on rakumembraanide pluripotentsed allikad, millel on ainulaadsed immunoloogilised omadused, mis aitavad nende stabiilsust allogeensetel tingimustel.

Inimese luuüdi tüvirakud saadakse hariliku nõgestõve sternarterist või punktsioonist. Need on isoleeritud 10-15 ml rinnaku aspiratsioonist, eraldatud teistest rakkudest ja kultiveeritud. Jõudes soovitud rakkude arvu (tavaliselt 21-28 päeva) toota nende külvamise (kolonisatsiooni) maatriksis on kultiveeriti staatilises asendis (7 päeva niiskes inkubaatoris 37 ° C juures 5% CO2). Seejärel rakkude kasvu stimuleerimise kaudu kupturalnuyu keskkond (bioloogiliste ärritajate) või füsioloogilistes tingimustes luues koekasvul käigus deformatsiooni isomeetrilise reprodutseerimise aparaadid pulsitud - Bioreaktor (mehhaanilisele ärritajale). Fibroblastid on tundlikud mehaaniliste stiimulite suhtes, mis soodustavad nende kasvu ja funktsionaalset aktiivsust. Pulseeriv vool põhjustab suurenenud nii radiaal- ja ümbermõõdu deformatsioonid, mille tagajärjel orientatsiooni (venivus) rakud asustatud liikumissuunda selliste pinged. See omakorda viib klappide orienteeritud kiudstruktuuride moodustamiseni. Konstantne vool tekitab seintele ainult tangentsiaalseid pingeid. Pulsivoolul on kasulik toime rakkude morfoloogiale, proliferatsioonile ja rakuvälise maatriksi koostisele. Toitainekeskkonna voolu olemus, füüsikalis-keemilised tingimused (pH, pO2 ja pCO2) bioreaktoris mõjutavad oluliselt ka kollageeni tootmist. Niisiis suurendavad laminaarset voolu, tsüklilist pöördevoolu kollageeni tootmist, mille tulemusena paranevad mehaanilised omadused.

Teine lähenemine koekonstruktsioonide kasvatamisel on inimese kehasiseste füsioloogiliste seisundite modelleerimise asemel luua bioreaktoris embrüonaalsed seisundid. Tüvirakkude baasil kasvatatud kudede biokapslitel on liikuvad ja plastist ventiilid, mis toimivad hästi, kui nad puutuvad kokku kõrge rõhu ja vooluga, mis ületab füsioloogilist taset. Nende struktuuride lehtede histoloogilised ja histokeemilised uuringud näitasid, et maatriksi aktiivsed biolagundamisprotsessid on olemas ja elujõulised koed need asendavad. Laminaatkangas tüüpi paigutatud omadusi rakuvälise maatriksi valkude selliste omadustega loodusliku koe esinemine tüüpi kollageeni I ja III ning glükoosaminoglükaanidest. Kuid klapi tüüpiline kolmekihiline struktuur - vatsakeste, käsnjas ja kiuline kiht - ei olnud saadud. Kõigil fragmentidel avastati, et verminiini ekspresseerivate ASMA-positiivsete rakkude omadused olid sarnased müofibroblastide omadustega. Elektronmikroskoopia raku elemendid on leitud olevat iseloomulik elujõuline, aktiivne sekretoorse müofibroblastideks (aktiin / müosiin hõõgniit, lõng kollageeni, elastiini) ja kanga pinnal - endoteelirakkude.

Ventiilides leiti I, III tüüpi õlad, ASMA ja vimentiin. Kudede tiibade ja looduslike struktuuride mehaanilised omadused olid võrreldavad. Kudede kunstlikud südame ventiilid näitasid suurepäraseid tulemusi 20 nädala jooksul ja sarnanesid loomulike anatoomiliste struktuuridega nende mikrostruktuuride, biokeemiliste profiilide ja valgu maatriksi moodustumise jaoks.

Kõik koetehnoloogia meetodil saadud tehislik südame ventiilid implanteeriti looma kopsuasendisse, kuna nende mehaanilised omadused ei vasta aordikoha koormustele. Loomadesse siirdatud koonklapid on oma struktuuris struktuurilt sarnased emakeelsetega, mis näitab nende edasist arengut ja ümberasetamist in vivo tingimustes. Nagu loomkatsetes täheldati, jätkatakse kudede restruktureerimise ja küpsemise protsessi füsioloogilistes tingimustes pärast kunstlikke südameklappe, nagu on täheldatud edaspidistes uuringutes.

Ideaalne kunstlik südameklappide peaks olema poorsusega mitte vähem kui 90%, sest see on oluline raku kasvu, kohaletoimetamise toitainete ja eemaldamine raku ainevahetust, lisaks bioühilduvusele ja biolagunduvuse, kunstlik südameklappide peaks olema keemiliselt soodsad nakatatakse raku pinnale ja vastama mehaaniliselt looduslike kudede omadused. Maatriksi biolagunevuse tase peab olema kontrollitud ja proportsionaalne uue koe moodustumise tasemega, et tagada kindlale ajaks mehhaanilise stabiilsuse garantii.

Praegu arendatakse sünteetilisi ja bioloogilisi matriitse. Maatriksi loomiseks kõige levinumad bioloogilised materjalid on doonoranatomaatilised struktuurid, kollageen ja fibriin. Polümeerist tehisest südameklapid on kavandatud biolaguneeruma pärast implanteerimist niipea, kui implanteeritud rakud hakkavad tootma ja organiseerima oma rakuvälist maatriksvõrku. Uue maatrikskoe moodustumist saab reguleerida või stimuleerida kasvufaktorid, tsütokiinid või hormoonid.

[3], [4], [5], [6], [7]

Doonori kunstlikud südame ventiilid

Doonor kunstlikud südameklapid saadud inimestele või loomadele ning sellel puudub rakuline antigeenidega detsellyulyarizatsii vähendada nende immunogeensuse, saab kasutada maatrikseid. Rakuvälise maatriksi säilinud valgud on külvatud rakkude järgneva haardumise aluseks. On järgmistest meetoditest eemaldamiseks rakulised elemendid (atsellyulyarizatsii): blokeerimist, raviks trüpsiin / EDTA, pesuvahendi - naatriumdodetsüülsulfaat, naatrium deoksikolatom, Triton X-100, MEGA 10, TNBR CHAPS Tween 20, samuti mitmeetapiline ensümaatilise ravimeetodeid. See välistab rakumembraane, nukleiinhapped, lipiidid, tsütoplasmaatiline struktuurid ja lahustuva maatriksi molekulide säilitamisega kollageeni ja elastiini. Kuid ideaalne meetod pole veel leitud. Ainult naatriumdodetsüülsulfaadi (0,03-1%) või naatrium deoksikolat (0,5-2%) saadi täielik eemaldamine rakkudes 24 tunni pärast ravi.

Histoloogilise uuringu remote detsellyulyarizovannyh bioklapanov (siiriku ja siirdkoe) katseloomadega (koerad ja sead) on näidanud, et on osaline sissekasvamise endotelialisatsioon müofibroblastideks saaja per alusega, mingeid märke lupjumine. Täheldati mõõdukalt väljendunud põletikulist infiltratsiooni. Kuid kellüleeritud SynerGraftTM ventiili kliinilistes uuringutes tekkis varajane puudulikkus. Maatriks määrati bioprosthesis väljendatakse põletikureaktsioon, mis oli algselt mittespetsiifilised ja sellega kaasnes lümfotsüütiline reaktsioonis. Bioproteesi häired ja degenereerumine tekkis ühe aasta jooksul. Rakkudes kolooniaid rakkudes ei täheldatud, kuid avastati klapide kaltsifikatsioon ja preimplantaatrakkude praht.

Endoteelrakud seemnetega rakutu maatriksi ja kasvatatakse in vitro ja in vivo tingimustes moodustanud ühtset pinnale klappidest, ja seesmine rakud nakatatakse native struktuuri näitas nende võimet diferentseerimiseks. Kuid selleks, et saavutada soovitud füsioloogilise taseme kolonisatsiooni maatriksis rakud ebaõnnestunud dünaamilises olukorras Bioreaktori ning siirdatakse kunstlikud südameklapid kaasnesid piisavalt kiiresti (kolm kuud) paksenemine tingitud kiirendatud rakkude proliferatsiooni ja rakuvälise maatriksi moodustumist. Seega selles etapis kasutamist doonori rakutu maatriksid nende kolonisatsiooni rakud on mitmeid lahendamata probleeme sh 8 immunoloogilised ja nakkusliku milline töö detsellyulyarizovannymi bioprostheses jätkub.

Tuleb märkida, et kollageen on ka üks võimalikest bioloogilisest materjalist biolagunevate maatriksite tootmiseks. Seda saab kasutada vahtmaterjali, geeli või plaatide, käsnade ja valuplokkide kujul. Kuid kollageeni kasutamine on seotud paljude tehnoloogiliste raskustega. Eriti patsiendilt on seda raske saada. Seetõttu on praegu enamus kollageeni maatriksid loomse päritoluga. Loomset kollageeni viivitatud biolagundamine võib suurendada zoonootilise nakkuse ohtu, põhjustada immunoloogilisi ja põletikulisi reaktsioone.

Fibriin on veel bioloogilise lagunemise kontrollitud omadustega bioloogiline materjal. Kuna fibrin-geeli saab valmistada patsiendi verest järgneva autoloogse maatriksi valmistamiseks, ei põhjusta sellise struktuuri implantatsioon selle toksilist lagunemist ega põletikulist vastust. Kuid fibriinil on sellised puudused nagu keskkonda levimine ja lekkimine ning madalad mehaanilised omadused.

[8], [9], [10], [11], [12]

Sünteetilisest materjalist valmistatud tehislikud südameklapid

Kunstlikud südameklapid on valmistatud ka sünteetilisest materjalist. Mitmeid katseid toota klapid maatriksid põhinesid kasutamist polüglaktiinist, polüglükoolhape (PGA), polilakticheskoy hape (PLA), kopolümeeri PGA ja PLA (PLGA) ja polühüdroksüalkanoaatideks (PHA). Väga poorset sünteetilist materjali saab valmistada kootud või mittekootud kiududest ja kasutada soolade leostumise tehnoloogiat. Paljutõotav komposiitmaterjali (PGA / R4NV) valmistamiseks maatriksid saadud mittekootud silmuseid polügükoolhape (PGA), mis on kaetud polü-4-hüdroksübutüraat (R4NV). Sellest materjalist toodetud kunstlikud südameklappid steriliseeritakse etüleenoksiidiga. Märkimisväärne esialgne jäikus ja paksus silmuseid nende polümeeride, nende kiiret ja kontrollimatu lagunemisega kaasneb vabastamist tsütotoksilist produktid happeline, vajavad täiendavat uurimist ning otsida teisi materjale.

Autoloogsetel koekultuuri plaatidele müofibroblastideks kultiveerida raamile moodustamaks tugimaatriks stimuleerides nende rakkude tootmise produtseeris proovid koos aktiivse klapid elusrakkude ümbritsetud rakuvälise maatriksiga. Kuid nende ventiilide kudede mehaanilised omadused nende implanteerimiseks ei ole piisavad.

Luu ventiili koe proliferatsiooni ja regenereerimise vajalikku taset ei saa saavutada ainult rakkude ja maatriksi ühendamisega. Rakueeni ja koe moodustumise ekspressiooni saab reguleerida või stimuleerida kasvufaktorite, tsütokiinide või hormoonide, mitogeensete tegurite või adhesioonitegurite lisamisega maatriksites ja maatriksites. Uuritakse võimalust neid regulaatoreid sisestada maatriksi biomaterjalidesse. Üldiselt on biokeemiliste stiimulite puhul kuseventiilide moodustamise protsessi regulatsiooni uurimine märkimisväärselt puudulik.

Atsellulaarsed sea heteroloogne Matrix P kopsuarteri bioprosthesis sisaldab detsellyulyarizovannoy kangast töödeldi spetsiaalse patenteeritud AutoTissue GmbH menetlust, mis hõlmab antibiootikumiravi naatriumdeoksükolaadiga ja alkoholi See töötlusmeetodit vastu võtnud Rahvusvaheline Standardiorganisatsioon kõrvaldab kõik elusrakkude ja postkletochnye struktuuriga (fibroblastid, endoteelirakud, bakterid, viirused, seened, mükoplasma) säilitab arhitektuuri ekstratsellulaarse maatriksi, see vähendab tase DNA ja RNA koe mINIM mA, mis vähendab nulli tõenäosus edastamise sea endogeensed retroviirus (perv) inimene. Matrix P bioprosthesis koosneb eranditult kollageeni ja elastiini säilinud struktuuriline integratsioon.

Katsete ajal lamba registreeriti minimaalne reaktsiooni ümbritsevatesse kudedesse 11 kuud pärast implantatsiooni P Matrix bioprosthesis hea täitmise tõttu ellujäämisega mis eelkõige avaldub üldjuhul läikivad sisepind endokardi. Tegelikult puudusid põletikulised reaktsioonid, ventiilklaptide paksenemine ja lühenemine. Samuti registreeriti Matrix P bioproteesi kude madal kaltsiumi tase, erinevus oli statistiliselt oluline võrreldes töödeldud glutaaraldehüüdiga.

Matrix P kunstlikud südameklapid on kohandatud konkreetse patsiendi tingimused mõne kuu pärast implantatsiooni. Uuringus lõpus vaatlusperioodi paljastas puutumatu rakuvälise maatriksi ja äravoolu endoteeli. Ksenograftide Matrix R implanteeritud etapis Ross läbi 50 patsiendil, kellel esineb kaasasündinud defektide ajavahemikku alates 2002. Aastast kuni 2004. Aastani on näidanud suurepärase tulemuse ja madalam transvalvular rõhugradientidest võrreldes krüosäilitati ja detsellyulyarizovannymi siiriku SynerGraftMT ja raamita bioprostheses töödeldud glutaaraldehüdiga. Matrix P Kunstlik südameklappide jaoks kopsuarteri klapivahetusoperatsioonile rekonstrueerimise käigus parema vatsakese väljavoolu trakti kirurgias kaasasündinud ja omandatud defektide ja pulmonaalklapi proteesi hetkel Ross protseduuri, on saadaval neljas suuruses (sisediameeter): Imiku (15-17 mm ) lastele (18-21 mm), vahe (22-24 mm) ja täiskasvanud (25-28 mm).

Progress arengus klapid põhjal koetehnoloogiat sõltub edu klapp rakubioloogia (sh geeniekspressiooni küsimusi ja määrus), uuringu embrüogeensete ja vanus klapid (sh angiogeneesi ja neurogeenne tegurid), täpset tundmist biomehaanika iga klapi kindlaks asjakohased on rakkude optimaalsete maatrikside väljatöötamine. Edasiarendamise keerukamate koe ventiilide täielikuks mõistmiseks suhet mehaanilised ja struktuursete omaduste loomulik klapp ja stiimulid (bioloogiline või mehaanilisi) uuesti need omadused in vitro.

[13], [14], [15], [16]